一种应用于柔性直流输电的MMC模块拓扑结构制造技术

本发明专利技术提供一种应用于MMC型柔性直流输电系统具有提升功率密度的模块拓扑，包括4个IGBT VT1、VT2、VT3和VT4，4个IGBT分别反并联有二极管VD1、VD2、VD3和VD4，通过控制第一H半桥结构中两个IGBT VT1、VT2的开通和关断来投入和切除直流电容C，从而产生所需要的交流电压；通过第二H半桥结构中两个IGBT VT3、VT4控制附加LC回路来吸收直流电容上的基频以及二倍频的功率波动，从而减小功率波动，降低直流电容的容值和体积，可通过辅助电路的引入减小直流电容的容值，从而减小模块体积，提高功率密度。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】-种应用于柔性直流输电的MMC模块拓扑结构
本专利技术设及柔性输配电
，具体设及一种应用于柔性直流输电的MMC模块 拓扑结构。 【
技术介绍
】 W02] 与传统电压源换流器相比，模块化多电平换流器（Mo化IarMultilever Converter,MMC)具有扩展性好、谐波小、开关频率低、对器件一致触发要求少等优点，尤其 适用于直流输电应用场合。 对于单相桥臂，直流电流、基波电流和基波电压产生一个基频W及二倍频的功率 波动，该功率波动体现在模块的直流电容上会导致直流电容的电压有基频W及少量二倍频 波动，因此在选取电容的时候需要较大的容值W应对该基频电压波动，造成电容容值较大， 故体积较大，成本较高。因此，亟需一种新型拓扑结构W解决上述技术问题。 【
技术实现思路
】 本专利技术的目的在于提供一种应用于柔性直流输电的MMC模块拓扑结构，通过辅助 电路的引入减小直流电容的容值，从而减小模块体积，提高功率密度。 为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案： 一种应用于柔性直流输电的MMC模块拓扑结构，包括4个IGBTVT1、VT2、VT3和 VT4,4个IGBT分别反并联有二极管VD1、VD2、VD3和VD4,其中IGBTVTUVT2构成第一H半 桥结构，IGBTVT3、VT4构成第二H半桥结构，且第二H半桥结构并联直流电容C，LC回路连 接在第二H半桥中两个IGBTVT3、VT4的发射极之间；通过控制第一H半桥结构中两个IGBT VT1、VT2的开通和关断来投入和切除直流电容C，从而产生所需要的交流电压；通过第二H 半桥结构中两个IGBTVT3、VT4控制附加LC回路来吸收直流电容上的基频W及二倍频的功 率波动。 进一步，所述IGBTVTl的集电极与二极管VDl的负极相连，IGBTVTl的发射极和 IGBTVDl的正极相连，IGBTVTl的发射极与IGBTVT2的集电极相连，二极管VD2的正极与 IGBTVT2的发射极相连，二极管VD2的负极与IGBTVT2的集电极相连构成第一H半桥结 构；所述IGBTVT3的集电极和二极管VD3的负极相连，IGBTVT3的发射极和二极管VD3的 正极相连，IGBTVT3的发射极和IGBTVT4的集电极相连，IGBTVT4的集电极和二极管VD4 的负极相连，IGBTVT4的发射极和二极管VD4的正极相连构成第二H半桥结构；LC回路连 接在IGBTVT3的发射极和IGBTVT4的发射极之间，直流电容C连接在IGBTVT3的集电极 和IGBTVT4的发射极之间，IGBTVT1、VT2、VT3、VT4的栅极连接驱动信号。 W08] 进一步，所述LC回路由电感La和电容化组成。 本专利技术提出的新拓扑结构包含4个IGBTW及IGBT反并联二极管，其中IGBTVT1、 VT2构成第一H半桥结构，IGBTVT3、VT4构成第二H半桥结构，且第二H半桥结构并联直 流电容C，LC回路连接在第二H半桥中两个IGBTVT3、VT4的发射极之间；通过控制VTl和 VT2的开通和关断来投入和切除电容，从而产生所需要的交流电压，VT3和VT4用来控制附 加LC回路来吸收直流电容上的基频W及二倍频的功率波动，从而减小功率波动，降低直流 电容的容值和体积，通过辅助电路的引入减小直流电容的容值，从而减小模块体积，提高功 率密度。 【【附图说明】】 图1为本专利技术所提的拓扑图； W11] 图2为新拓扑在MMC型柔性直流输电系统中的应用示意图； 图3辅助电路的控制策略1的示意图； 图4为辅助电容的电压波形示意图； 图5为辅助电路的控制策略2的示意图； 阳015] 图6为采用新拓扑后电容电压波动减小的示意图； 【【具体实施方式】】 下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整的描述，显 然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施 例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属 于本专利技术保护的范围。 W下结合图1、2、3、4对本专利技术的原理做详细描述。 阳〇1引参见图1，所提新拓扑模块包括：4个IGBTdnsulatedGateBipolarI'ransistor， 引导绝缘栅双极型晶体管）：￥1'1，￥12，￥13，￥14、2个电容：(：和化，^及4个反并联二极管：VDl，VD2,VD3,VD4,其中VTl和VT2W及所包含的反并联二极管VDl和VD2为主开关器件， 主要负责模块电容的投入和切除从而产生所需的电压，在后文中称为主开关器件。VT3和 VT4W及所包含的反并联二极管VD3和VD4为辅助开关器件，主要负责吸收基频和二倍频的 功率，在后文中称为辅助开关器件。 具体的连接方式为：VTl的集电极与二极管VDl的负极相连，VTl的发射极和VDl 的正极相连。VTl的发射极与VT2的集电极相连，VD2的正极与VT2的发射极相连，VD2的 负极与VT2的集电极相连。VT3的集电极和VD3的负极相连，VT3的发射极和VD3的正极相 连。VT3的发射极和VT4的集电极相连，VT4的集电极和VD4的负极相连，VT4的发射极和 VD4的正极相连。LC回路连接在VT3的发射极和VT4的发射极之间。所述LC回路由电感 La和电容化组成。直流电容C连接在VT3的集电极和VT4的发射极之间。VT1，VT2,VT3， VT4的栅极连接驱动信号。 4个全控型开关器件中，其中2个构成半桥结构，为主开关器件，控制该主开关器 件的开通和关断来控制直流侧电容是否接入主回路，W满足柔性直流输电系统的控制目 标；2个作为辅助开关器件，通过其开通和关断控制LC回路来吸收基频W及二倍频的功率， W降低直流电容上的电压波动。从而减小直流电容的容值，达到提高功率密度的目的。辅助 电路的控制目标是吸收直流电容上的基频W及二倍频功率波动，可W采取多种控制方法， 例如W直流电容电压为控制目标的电压闭环、W辅助电容电压为控制目标的开环控制和W 基频W及二倍频功率为控制目标的功率闭环控制等。 图2为所提的新拓扑模块在MMC型柔性直流输电系统中的应用。W柔性直流输电 的单端系统为例，Ag,Bg,Cg接入交流S相系统。柔性直流输电系统每相含有两个桥臂，上 桥臂和下桥臂。每个桥臂含有n个串联MMC模块。正常工作时，主开关器件通过上下开关 管的开通和关断控制主电容器的投入和切除，实现控制目标。VTl闭合时，直流电容连入电 路，VT2断开时，直流电容被短接，不再接入电路。正常工作时，W上系统的桥臂中流过直流 电流和交流电流，对于单相桥臂，直流电流、基波电流和基波电压产生一个基频W及二倍频 的功率波动，该功率波动体现在模块的直流电容上会导致直流电容的电压有基频W及少量 二倍频波动。具体如下式所示，Ppa表示A相上桥臂的瞬时功率，Pna表示A相下桥臂的瞬 时功率，可W看出，W下两个功率中包含常数、基频功率和二倍频功率。同时考虑环流的影 响会使得电容电压中含有基频W及少量的二倍频电压。 IGBTVT3和VT4控制LC回路中的电容的充放电来吸收基频W及二倍频的功率波 动，从而减小电容电压的波动。 辅助电路的控制方式可W有很多种，图3给出了一种简单的闭环控制的方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于柔性直流输电的MMC模块拓扑结构，其特征在于：包括4个IGBT VT1、VT2、VT3和VT4，4个IGBT分别反并联有二极管VD1、VD2、VD3和VD4，其中IGBT VT1、VT2构成第一H半桥结构，IGBT VT3、VT4构成第二H半桥结构，且第二H半桥结构并联直流电容C，LC回路连接在第二H半桥中两个IGBT VT3、VT4的发射极之间；通过控制第一H半桥结构中两个IGBT VT1、VT2的开通和关断来投入和切除直流电容C，从而产生所需要的交流电压；通过第二H半桥结构中两个IGBT VT3、VT4控制附加LC回路来吸收直流电容上的基频以及二倍频的功率波动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李战龙，侯丹，陈名，刘伟增，黎小林，郝翔，秦健，
申请(专利权)人：特变电工新疆新能源股份有限公司，特变电工西安柔性输配电有限公司，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65